电源系统应用设计的可靠性

电源本身的可靠性固然重要，但是实际上，由于电源系统工作环境的复杂性，再可靠的电源如果没有可靠的系统应用设计，最终电源还是会失效。下面介绍几种常见的电源系统应用设计的方法和注意事项。

1. 冗余设计技巧  

在可靠性要求高的场合，要求电源模块即使损坏，系统也不能断电。此时，我们可以采取冗余供电的方式来提升系统的可靠性。如下图所示，当一个电源模块损坏时，另外一个模块可以继续供电。图3为其中一种常见的冗余设计方案。

注意事项：D1、D2建议使用低压降的肖特基二极管，以避免二极管的压降影响后端系统的工作，并注意选取二极管的耐压值要高于输出电压。这种方法会产生额外的纹波噪声，需外接电容来减小纹波或是加滤波电路。

2. 降额设计  

众所周知，降额设计可以有效提高电源工作寿命，但是负载过轻使用，电源的性能又无法工作在最佳状态。 例如，金升阳DC_DC模块电源建议在负载范围30%~80%内使用，此时各方面性能表现最佳。

3. 合理外围防护设计  

电源模块应用行业非常多，应用的环境要求也不近相同，因为其通用性设计，DC-DC模块电源仅能满足通用共性需求。因此当客户的应用环境要求苛刻时，需要加适当的外围电路来提升电源的可靠性。  

以金升阳的20W DC-DC铁路电源URB24XXLD-20WR2为例，单独模块只能通过EN50155 1.4倍输入电压Vin的1S测试，但因为体积原因没有办法通过RIA12的标准，通过添加外围电路（也可以选择金升阳EMC辅助器FC-AX3D），就能通过RIA12要求的3.5Vin/20mS的等测试要求。  

因而合理的外围电路设计可以使模块满足更高等级的技术规格，使之适应更恶劣的应用环境，提升电源模块的可靠性。

4.散热设计
  

工业级的电源模块的损坏大约有15%是因为散热不良导致的，电源模块是朝着小型化和集成化方向发展，但是很多应用场合电源是处于密闭的环境中连续工作的，如果积热无法散出去，电源内部的器件可能因为超过热应力而损坏。通常的散热方式有自然风冷、散热片散热和加强制性散热风扇等。热设计的几点经验分享如下：

(1) 电源模块的对流通风

对于依靠自然对流和热辐射来散热的电源模块，周围环境一定要便于对流通风，且周围无大器件遮挡，便于空气流通。

(2) 发热器件的放置  

如果系统中拥有多个发热源例如多个电源模块，相互之间应尽量远离，避免相互之间热辐射传递导致电源模块过热。

(3) 合理的PCB板设计  

PCB板提供了一种散热途径，在设计时就要多考虑散热途径。例如加大主回路的铜皮面积，降低PCB板上元器件的密度等，改善模块的散热面积和散热通道，例如电源模块应尽量垂直放置如图4，可以使热量尽快向上散发；如果将DC-DC模块放在PCB的底部，则向上散发的热量会被PCB阻挡，导致产品积热无法散发出去。

(4) 更大封装尺寸和散热面积　　

同样功率的电源，如果可能尽量选择尺寸更大的封装和散热面更大的散热器，或者使用导热胶将电源模块外壳与机壳连接。这样电源模块拥有更大的散热面积，散热会更快，内部的温度会更低，电源的可靠性自然也就越高。

5.匹配性设计、安规设计

电源的输入走线尽量保持直线，避免形成环路天线吸引外界辐射干扰。同时输入线和输出线需要按照UL60950的安规要求保持合适的间距，避免耐压失效。再者，电源底板下禁止布线，特别是信号线，电源变压器的电磁线会对信号形成干扰。  

另外一个设计师需注意的是，需要关注一次电源和二次电源之间，以及电源与系统工作频率的倍频错开，避开相互之间的系统匹配性问题。

DC_DC电源模块的可靠应用需要电源原厂提供高品质电源，同时也需要设计工程师合理的应用设计，只有从设计和应用双向考虑才能最终获得可靠的电源系统。